三浦先生：3年生後期の「機械工学実験2」のテーマ「物体からの熱移動」で使用しています。年間の受講者数は約180名で、毎週20名程度の学生が実験に取り組んでいます。

この実験では、加熱した銅球を空気中で冷却し、その温度変化から自然対流・強制対流における熱伝達係数を求めます。しかし、実験中に物体の周囲でどのような流れや温度分布が生じているかをイメージするのは容易ではありません。

そこで、Flowsquare+を使って実験に対応する数値シミュレーションを実施し、流れ場や温度場を可視化しています。

学生には各自のノートパソコンで計算してもらっています。PCの性能には個人差があるため、授業時間内では主に2次元の円柱周りの流れを解析し、余裕があれば3次元計算にも取り組む形にしています。

三浦先生：実験テーマを立ち上げる際、学生に流れ場や温度場を見せたいと考えていました。

当初はANSYS Fluentの利用も考えましたが、導入のハードルや要求されるPCスペック、操作の手軽さという点で悩んでいました。

そのとき、学生時代に源先生から紹介いただいたFlowsquareのことを思い出しました。実際にFlowsquare+を試したところ、非常に手軽で使いやすいと感じ、導入を決めました。

特に重視したのは、導入の容易さ、学生のノートパソコンでも動作すること、設定の手軽さです。

Flowsquare+はZIPファイルを解凍すればすぐに利用でき、学生のPCでも軽快に動作します。設定も分かりやすく、学生実験に適していると感じています。

三浦先生：学生実験では、解析モデルとなる境界条件の画像ファイルと設定パラメーターをあらかじめ配布しています。

学生はFlowsquare+を初めて使いますが、大きなトラブルなく計算を始めることができています。

最近の学生はスマートフォンには慣れていても、パソコン操作には不慣れな場合があります。それでも、TAが少しフォローすれば問題なく使用できています。

また、計算中に流線や速度ベクトルの表示を変更したり、コンター表示する物理量を切り替えたりできる点も便利です。さまざまな可視化をその場で試せるため、学生実験に適していると考えています。

三浦先生：実験では、測定した熱伝達係数と、Whitakerの式やChurchillの式による予測値を比較し、その違いについて考察させています。

実験値と予測値には、ふく射や支持体への熱伝導などの影響によって差が生じます。

Flowsquare+を使うようになってからは、こうした違いについて、流れ場に基づいて考察を書ける学生が増えたように感じています。「百聞は一見に如かず」だと強く感じました。

また、学生は3年生前期にもExcelを使った熱伝導方程式の数値計算を学んでいますが、それだけでは実際のCFDソフトウェアのイメージを持ちにくい面があります。

Flowsquare+を通じて、境界条件やパラメーターの設定、メッシュ生成といった数値シミュレーションの一連の流れを経験できます。将来、実務でシミュレーションを扱う際のハードルも下がるのではないかと考えています。

三浦先生：授業では実験の待ち時間を使ってシミュレーションを行うため、1条件あたり20分以内で計算できることが望ましいです。

実際に学生のノートパソコンでもその程度の時間で計算できており、計算速度に不満はありません。全体として安定して動作し、ストレスなく利用できています。

一方、まれに一部の学生のPCで画像ファイルが保存されない、メッシュ生成中に終了してしまうといった問題が発生することがあります。OneDriveとの連携が関係している可能性もありますが、原因は特定できていません。

授業では、そのような場合に研究室のPCを貸し出して対応しています。

三浦先生：計算が終了した際にウィンドウが閉じるため、学生には正常終了したのか、エラーが発生したのかが分かりにくいようです。その点について質問を受けることが多いので、正常終了を知らせる表示があるとよいと思います。

また、今回の学生実験とは直接関係ありませんが、水などの液体を扱えるようになると、熱流体解析の活用範囲がさらに広がると感じています。